JP2010255071A

JP2010255071A - Sputtering apparatus

Info

Publication number: JP2010255071A
Application number: JP2009109179A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Yamamoto; 昌裕山本; Takeshi Koiwasaki; 剛小岩崎; Takafumi Okuma; 崇文大熊; Isao Murakishi; 勇夫村岸; Hitoshi Yamanishi; 斉山西
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-04-28
Filing date: 2009-04-28
Publication date: 2010-11-11
Anticipated expiration: 2029-04-28
Also published as: JP5246017B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sputtering apparatus with which efficiency of using a target material is improved and dust and abnormal discharge are suppressed, especially in a sputtering using a light element target. <P>SOLUTION: It is possible to generate plasma on a wide range on the target, by constructing a magnetic circuit disposed on the rear face of the target with magnet units placed in a direction wherein the magnetization direction is nearly parallel to the target surface, bringing a magnet in the central region near to the target by making thickness of the backing plate thinner in the central region than in the periphery, and bringing a distance between the magnet unit placed in the vicinity of the center of the target out of the magnet units magnetized in parallel to the target surface in the magnetic circuit and the target surface, close to the target surface. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、スパッタリング装置に関するものであり、特にスパッタリング装置のターゲットの材料利用効率を高めると共に、再付着によるダスト発生を防止する技術に関するものである。 The present invention relates to a sputtering apparatus, and more particularly to a technique for improving the material utilization efficiency of a target of the sputtering apparatus and preventing dust generation due to redeposition.

真空中でプラズマを発生させて基板に成膜を行う技術として、スパッタリング技術がある。この技術は、スパッタ粒子が高エネルギーをもって基板に到達するために、基板との付着力を高くでき、緻密な膜を形成できるといった利点があるため、電子部品や光学薄膜等の多くの製品の量産に用いられている。 As a technique for forming a film on a substrate by generating plasma in a vacuum, there is a sputtering technique. Because this technology has the advantage that the sputtered particles reach the substrate with high energy, so that the adhesion to the substrate can be increased and a dense film can be formed, so that mass production of many products such as electronic parts and optical thin films is possible. It is used for.

具体的には、スパッタリング技術は、原材料からなるターゲットの裏面に磁気回路を設置してターゲット表面に磁気トンネルを形成し、この磁力線によって電子を捕捉する事で電離確率を高め、高密度プラズマを作ることで高速に成膜を行うものである。しかし、局所的にプラズマを発生させるためにターゲット材料の一部が選択的に侵食され、実際にスパッタリングによって放出される材料は１０〜２０％程度しかない。この問題を解決する方法としては、例えば特許文献１のように磁気回路を回転させたり、特許文献２のように磁石を遥動させたりすることによってプラズマ生成領域を時間的に移動させる方法や、電磁石等によってプラズマを移動させる方法などが試みられているが、装置の可動部が増えることから機構が複雑になり設備コストも高くなりがちである。 Specifically, in the sputtering technology, a magnetic circuit is installed on the back surface of a target made of raw materials to form a magnetic tunnel on the target surface, and by capturing the electrons by this magnetic field line, the probability of ionization is increased and high density plasma is created. Thus, film formation is performed at high speed. However, in order to generate plasma locally, a part of the target material is selectively eroded, and only about 10 to 20% of material is actually released by sputtering. As a method for solving this problem, for example, a method of moving a plasma generation region in time by rotating a magnetic circuit as in Patent Document 1 or by swinging a magnet as in Patent Document 2, Attempts have been made to move plasma with an electromagnet or the like, but the number of movable parts of the apparatus increases, so the mechanism becomes complicated and the equipment cost tends to increase.

一方、磁気回路を固定したままプラズマが発生する領域を拡大する手段としては、ターゲットに垂直方向に磁化された磁極と、水平方向に磁化された磁極との組み合わせからなる磁気回路によって、侵食領域を拡大させた特許文献３に記載のような例がある。 On the other hand, as a means of expanding the region where plasma is generated while the magnetic circuit is fixed, the erosion region is formed by a magnetic circuit comprising a combination of a magnetic pole magnetized in a direction perpendicular to the target and a magnetic pole magnetized in the horizontal direction. There exists an example as described in the patent document 3 expanded.

特許文献３に記載の構成の場合、プラズマ発生領域をターゲット上の広範囲に設定するために、上部，下部，内側，外側の４つの磁気ローブを、全て実質的にスパッタ領域内に設置している。しかし、この構成を実現するためには、ターゲットと磁石の距離を短く設定することが必要であるため、ターゲットを冷却するための冷却水の中に磁気回路を設置する必要がある。一般的に用いられる磁気回路はネオジウム磁石をヨークで磁気結合させたものである。ネオジウム磁石は磁力が強いため好適に用いられるが、冷却水の中に設置した場合、腐食が発生するため長期間の使用において磁力や磁場形状に変動をもたらす。この変動は成膜レートや膜厚の面内均一性などに影響を与えるため、製品の品質低下や歩留まり悪化の原因となる。表面コートを施すなどの対策も考えられるが、腐食を完全に防ぐことは難しい。 In the case of the configuration described in Patent Document 3, in order to set the plasma generation region over a wide range on the target, all of the upper, lower, inner, and outer magnetic lobes are substantially installed in the sputtering region. . However, in order to realize this configuration, it is necessary to set the distance between the target and the magnet short, and thus it is necessary to install a magnetic circuit in the cooling water for cooling the target. A generally used magnetic circuit is a neodymium magnet magnetically coupled by a yoke. A neodymium magnet is preferably used because it has a strong magnetic force, but when it is installed in cooling water, corrosion occurs, resulting in fluctuations in the magnetic force and magnetic field shape during long-term use. This variation affects the film formation rate, the in-plane uniformity of the film thickness, and the like, which causes a reduction in product quality and a decrease in yield. Although measures such as applying a surface coat can be considered, it is difficult to completely prevent corrosion.

一方、発明者らは、磁場シミュレーションにより、磁気回路を冷却水の外に設置しても、磁気回路の劣化を防ぎかつ磁気回路からターゲット表面までの距離を短くすることができることを見出した（未公開自社出願の特願２００７−３０９７６８参照。）。特願２００７−３０９７６８について、図６を用いて説明する。 On the other hand, the inventors have found by magnetic field simulation that even when the magnetic circuit is installed outside the cooling water, the magnetic circuit can be prevented from being deteriorated and the distance from the magnetic circuit to the target surface can be shortened (not yet). (See Japanese Patent Application No. 2007-309768, published in-house application.) Japanese Patent Application No. 2007-309768 will be described with reference to FIG.

図６において、スパッタリング装置２１は、真空チャンバ１、原材料からなるターゲット２、ターゲット２を貼り合わせるバッキングプレート３、ターゲット２に接続された高電圧印加電源４、基板５、基板保持部２２、ガス導入装置６、排気装置７、排気口８、バルブ９、アースシールド１０、磁気回路１１、冷却水部１２を備えている。磁気回路１１は、ターゲット２の表面と概略垂直な方向に磁化された磁石ユニット１１１，１１２が対になって配置されており、これらの間に、ターゲット２の表面と平行な方向に磁化された磁石ユニット１１３，１１４が設置され、ヨーク１１５で磁気的に結合されている。このとき磁石ユニット１１１，１１２がターゲット２に面する方向の極性は逆向きであり、磁石ユニット１１３，１１４は異なる種類の極性の面が向き合って設置されている。そして、磁石ユニット１１４の磁石ユニット１１１に向き合う面の極性は、磁石ユニット１１１のターゲット２に向き合う面の極性と同じとし、磁石ユニット１１３の磁石ユニット１１２に向き合う面の極性は、磁石ユニット１１２のターゲット２に向き合う面の極性と同じとして配置される。なお、全ての極性が逆向きのものでも同様の効果を期待できる。 In FIG. 6, the sputtering apparatus 21 includes a vacuum chamber 1, a target 2 made of raw materials, a backing plate 3 for bonding the target 2, a high voltage application power source 4 connected to the target 2, a substrate 5, a substrate holding unit 22, and gas introduction. A device 6, an exhaust device 7, an exhaust port 8, a valve 9, a ground shield 10, a magnetic circuit 11, and a cooling water section 12 are provided. In the magnetic circuit 11, magnet units 111 and 112 magnetized in a direction substantially perpendicular to the surface of the target 2 are arranged in pairs, and magnetized in a direction parallel to the surface of the target 2 between them. Magnet units 113 and 114 are installed and magnetically coupled by a yoke 115. At this time, the polarities in the direction in which the magnet units 111 and 112 face the target 2 are opposite to each other, and the magnet units 113 and 114 are installed with different types of polar surfaces facing each other. The polarity of the surface of the magnet unit 114 facing the magnet unit 111 is the same as the polarity of the surface of the magnet unit 111 facing the target 2, and the polarity of the surface of the magnet unit 113 facing the magnet unit 112 is the target of the magnet unit 112. 2 are arranged with the same polarity as the surface facing 2. A similar effect can be expected even when all polarities are reversed.

この構成によれば、特にターゲット２の表面のエロージョン範囲を拡大するための効果が顕著であり、中心付近に設置された水平磁石をターゲット表面に近づけることができる。例えば、ターゲット２の厚みを５ｍｍ、バッキングプレート３の厚みを１０ｍｍ、冷却水部１２の厚みのうち、磁石ユニット１１４が対面する部分を７ｍｍ、その他の部分を１４ｍｍとする。 According to this configuration, the effect for expanding the erosion range of the surface of the target 2 is particularly remarkable, and a horizontal magnet installed near the center can be brought close to the target surface. For example, the thickness of the target 2 is 5 mm, the thickness of the backing plate 3 is 10 mm, and the portion of the cooling water portion 12 that the magnet unit 114 faces is 7 mm, and the other portion is 14 mm.

この配置によれば、磁石ユニット１１４とターゲット２の表面の距離を２２ｍｍとできるため、比較的原子量が大きいＮｂやＴａにおいてはエロージョン範囲を大きく拡大できる。しかし、例えばＳｉなどの軽元素の場合、スパッタリングガスのＡｒ原子との衝突で散乱されやすく、ターゲット２に戻ってくる量が増える。プラズマが広がってターゲット２の表面をスパッタリングしても、再付着する粒子の量が増えることから再付着膜が成長しエロージョン領域は狭くなる。このような再付着膜はダストや異常放電の原因となり製品の膜質を悪化させる恐れがあるため、特に軽元素ターゲットの場合はさらにプラズマの領域を拡大し再付着膜を除去できるだけのスパッタリングを生じさせる必要がある。 According to this arrangement, since the distance between the surface of the magnet unit 114 and the target 2 can be set to 22 mm, the erosion range can be greatly expanded in Nb and Ta having a relatively large atomic weight. However, in the case of a light element such as Si, for example, it is easily scattered by collision with Ar atoms of the sputtering gas, and the amount returning to the target 2 increases. Even if the plasma spreads and the surface of the target 2 is sputtered, the amount of particles to be reattached increases, so that the reattachment film grows and the erosion region becomes narrow. Since such a reattached film may cause dust and abnormal discharge and deteriorate the film quality of the product, especially in the case of a light element target, the plasma region is further expanded to generate sputtering enough to remove the reattached film. There is a need.

特許第１６８６０１１号公報Japanese Patent No. 1686011 特許第１３６２２６７号公報Japanese Patent No. 1362267 特許第３４７３９５４号公報Japanese Patent No. 3473955

特願２００７−３０９７６８に記載のスパッタリング装置において、ターゲット２をプラズマでスパッタリングさせる領域を拡大するためには、磁石ユニット１１４とターゲット２の表面までの距離は短くする方が好ましい。軽元素材料のスパッタリングの場合はさらに短くする方が好ましいが、ターゲット２は５〜１０ｍｍ程度、バッキングプレート３は１０ｍｍ程度の厚みで設計される。水冷部１２の厚みは７ｍｍであり、これらの総厚みが２２ｍｍとなる。この総厚みのうち、ターゲット２とバッキングプレート３の厚みが占める割合が大きいため、さらに総厚みを削減しようとするとバッキングプレート３の厚みを薄くする必要がある。 In the sputtering apparatus described in Japanese Patent Application No. 2007-309768, it is preferable to shorten the distance between the magnet unit 114 and the surface of the target 2 in order to enlarge the region where the target 2 is sputtered with plasma. In the case of sputtering of a light element material, it is preferable to make it shorter, but the target 2 is designed to have a thickness of about 5 to 10 mm, and the backing plate 3 is designed to have a thickness of about 10 mm. The thickness of the water cooling part 12 is 7 mm, and the total thickness thereof is 22 mm. Since the ratio of the thickness of the target 2 and the backing plate 3 is large in the total thickness, it is necessary to reduce the thickness of the backing plate 3 in order to further reduce the total thickness.

しかし、バッキングプレート３を薄くすると、冷却水の圧力やスパッタリングによる熱の影響でひずみを生じ、ターゲット２を破損する恐れがある。バッキングプレート３として一般的に使用される材料である銅に替えて、剛性の高いモリブデンやチタンを用いると改善するが、これらの材料は非常に高価である。 However, if the backing plate 3 is thinned, the target 2 may be damaged due to distortion caused by the pressure of the cooling water or the heat of sputtering. The use of highly rigid molybdenum or titanium in place of copper, which is a commonly used material for the backing plate 3, is improved, but these materials are very expensive.

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、磁気回路をよりターゲット表面に近づけて、広範囲に発生させることが可能な磁場形状を実現し、ターゲット材料利用効率を向上させ、ダストや異常放電を抑制することが可能なスパッタリング装置の提供を目的とする。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and realizes a magnetic field shape that can be generated in a wide range by bringing the magnetic circuit closer to the target surface, improving the target material utilization efficiency, dust and abnormal discharge An object of the present invention is to provide a sputtering apparatus capable of suppressing the above.

前述の従来の課題を解決するために、本発明のスパッタリング装置は、真空チャンバ内にターゲット設置部と基板保持部とを備え、前記ターゲット設置部に磁気回路が設置されるスパッタリング装置において、前記ターゲット設置部と前記磁気回路との間に設置されたバッキングプレートの厚みが、周辺部より中央部の方が薄いことを特徴とする。 In order to solve the above-described conventional problems, a sputtering apparatus of the present invention includes a target installation unit and a substrate holding unit in a vacuum chamber, and a magnetic circuit is installed in the target installation unit. The thickness of the backing plate installed between the installation part and the magnetic circuit is characterized in that the central part is thinner than the peripheral part.

以上のように、本発明によれば、例えばＳｉなどの軽元素のスパッタリングにおいても、プラズマをターゲット表面の広範囲に発生させることが可能な磁場形状を実現し、ターゲット材料利用効率を向上させ、ダストや異常放電を抑制することができる。 As described above, according to the present invention, even in the sputtering of light elements such as Si, for example, a magnetic field shape capable of generating plasma over a wide range of the target surface is realized, the target material utilization efficiency is improved, and the dust And abnormal discharge can be suppressed.

本発明の実施の形態１における磁気回路およびスパッタ装置の概略図Schematic diagram of magnetic circuit and sputtering apparatus in Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態１におけるバッキングプレート形状の一例を示す図であって、（ａ）は横から見た図、（ｂ）は上から見た図、（ｃ）は（ｂ）のＡＢ断面を示す図It is a figure which shows an example of the backing plate shape in Embodiment 1 of this invention, Comprising: (a) is the figure seen from the side, (b) is the figure seen from the top, (c) is AB sectional drawing of (b). Figure showing 本発明の実施の形態１におけるバッキングプレートの異なる形状例を示す図であって、（ａ）は横から見た図、（ｂ）は上から見た図、（ｃ）は（ｂ）のＡＢ断面を示す図It is a figure which shows the example of a different shape of the backing plate in Embodiment 1 of this invention, Comprising: (a) is the figure seen from the side, (b) is the figure seen from the top, (c) is AB of (b). Figure showing a cross section 本発明の実施の形態１におけるバッキングプレートの異なる形状例を示す図であって、（ａ）は横から見た図、（ｂ）は上から見た図、（ｃ）は（ｂ）のＡＢ断面を示す図It is a figure which shows the example of a different shape of the backing plate in Embodiment 1 of this invention, Comprising: (a) is the figure seen from the side, (b) is the figure seen from the top, (c) is AB of (b). Figure showing a cross section 本発明の実施の形態２におけるバッキングプレート形状の一例を示す図であって、（ａ）は横から見た図、（ｂ）は上から見た図、（ｃ）は（ｂ）のＡＢ断面を示す図It is a figure which shows an example of the backing plate shape in Embodiment 2 of this invention, Comprising: (a) is the figure seen from the side, (b) is the figure seen from the top, (c) is AB sectional drawing of (b). Figure showing 従来のスパッタリング装置の例を示す概略図Schematic showing an example of conventional sputtering equipment

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、同じ構成には同じ符号を付して説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるスパッタリング装置の概略図である。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram of a sputtering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.

図１において、スパッタリング装置３１は、真空チャンバ１、原材料からなるターゲット２、ターゲット２を貼り合わせて設置するためのバッキングプレート３（ターゲット設置部）、ターゲット２に接続された高電圧印加電源４、基板５、基板保持部２２、ガス導入装置６、排気装置７、排気口８、バルブ９、アースシールド１０、磁気回路３４、冷却水部３２ａ，３２ｂ（第一冷却水系３２ａ，第二冷却水系３２ｂ）を備えている。磁気回路３４は、ターゲット２の表面と概略垂直な方向に磁化された磁石ユニット１１１，１１２が対になって配置されており、これらの間に、ターゲット２の表面と平行な方向に磁化された磁石ユニット１１３，１１４が設置され、ヨーク１１５で磁気的に結合されている。このとき磁石ユニット１１１，１１２がターゲット２に面する方向の極性は逆向きであり、磁石ユニット１１３，１１４は異なる種類の極性の面が向き合って設置されている。そして、磁石ユニット１１４の磁石ユニット１１１に向き合う面の極性は、磁石ユニット１１１のターゲット２に向き合う面の極性と同じとし、磁石ユニット１１３の磁石ユニット１１２に向き合う面の極性は、磁石ユニット１１２のターゲット２に向き合う面の極性と同じとして配置される。なお、全ての極性が逆向きのものでも同様の効果を期待できる。 In FIG. 1, a sputtering apparatus 31 includes a vacuum chamber 1, a target 2 made of raw materials, a backing plate 3 (target setting portion) for bonding and setting the target 2, a high voltage application power source 4 connected to the target 2, Substrate 5, substrate holding unit 22, gas introduction device 6, exhaust device 7, exhaust port 8, valve 9, earth shield 10, magnetic circuit 34, cooling water units 32a and 32b (first cooling water system 32a, second cooling water system 32b ). In the magnetic circuit 34, magnet units 111 and 112 magnetized in a direction substantially perpendicular to the surface of the target 2 are arranged in pairs, and magnetized in a direction parallel to the surface of the target 2 between them. Magnet units 113 and 114 are installed and magnetically coupled by a yoke 115. At this time, the polarities in the direction in which the magnet units 111 and 112 face the target 2 are opposite to each other, and the magnet units 113 and 114 are installed with different types of polar surfaces facing each other. The polarity of the surface of the magnet unit 114 facing the magnet unit 111 is the same as the polarity of the surface of the magnet unit 111 facing the target 2, and the polarity of the surface of the magnet unit 113 facing the magnet unit 112 is the target of the magnet unit 112. 2 are arranged with the same polarity as the surface facing 2. A similar effect can be expected even when all polarities are reversed.

本実施の形態１のスパッタリング装置３１において、磁気回路３４は冷却水部３２ａ，３２ｂの外に配置されており、直接水に触れることはない構造となっている。ここでは、磁石ユニット１１４をターゲット２の表面に近づけるために、バッキングプレート３３はその中央の厚みを薄くしてある。図２は、図１のターゲット２が矩形ターゲットである場合の、本発明の実施の形態１におけるバッキングプレート形状の概略図であり、（ａ）は横から見た図、（ｂ）は上から見た図、（ｃ）は（ｂ）のＡＢ断面を示す図である。バッキングプレート３３の長辺は３００ｍｍ、短辺は１７０ｍｍであり、周辺部の厚みは１０ｍｍである。バッキングプレート３３の中央部１２０ｍｍ×６０ｍｍの領域は、厚みを３ｍｍと薄くしてある。なお、バッキングプレート３３の厚い部分と薄い部分の厚み比はこの例に限るものではなく、（薄い部分の厚み）／（厚い部分の厚み）＜０．５において特に良好な効果が得られる。 In the sputtering apparatus 31 of the first embodiment, the magnetic circuit 34 is arranged outside the cooling water portions 32a and 32b and has a structure that does not come into direct contact with water. Here, in order to bring the magnet unit 114 close to the surface of the target 2, the backing plate 33 is thinned at the center. FIG. 2 is a schematic diagram of the shape of the backing plate in the first embodiment of the present invention when the target 2 of FIG. 1 is a rectangular target, (a) is a side view, and (b) is from above. FIG. 3C is a diagram showing an AB cross section of FIG. The long side of the backing plate 33 is 300 mm, the short side is 170 mm, and the thickness of the peripheral part is 10 mm. The thickness of the central portion 120 mm × 60 mm of the backing plate 33 is as thin as 3 mm. The thickness ratio between the thick part and the thin part of the backing plate 33 is not limited to this example, and a particularly good effect can be obtained when (thickness of the thin part) / (thickness of the thick part) <0.5.

さらにバッキングプレート３３の冷却水に接する部分にはシール部１３が設けられており、シール部１３をシール位置１４に押し付けることによって冷却水系を内外の２系統（冷却水部３２ａ，３２ｂ）に分離することが可能な構成である。シール部１３としては、例えばＯリングを用いればよく、これにより冷却水部３２ａ，３２ｂを隔離することが可能となる。冷却水部３２ａ，３２ｂのそれぞれに、独立に流入口と流出口を設けることにより、各々の水系を混合することなく制御することが可能である。また、本実施の形態１では、冷却水部３２ａ，３２ｂを隔離し、独立して流入口と流出口を設けているため、冷却水部３２ａ，３２ｂに、異なる組成の冷却水を流すことや、異なる温度の冷却水を流すことが可能であり、バッキングプレート３３の冷却をより細かく制御することが可能である。 Further, a sealing portion 13 is provided at a portion of the backing plate 33 that contacts the cooling water, and the cooling water system is separated into two internal and external systems (cooling water portions 32a and 32b) by pressing the sealing portion 13 against the sealing position 14. It is a possible configuration. For example, an O-ring may be used as the seal portion 13, thereby making it possible to isolate the cooling water portions 32 a and 32 b. By providing an inflow port and an outflow port independently for each of the cooling water portions 32a and 32b, it is possible to control each water system without mixing. Moreover, in this Embodiment 1, since cooling water part 32a, 32b is isolated and the inflow port and the outflow port are provided independently, cooling water of a different composition can be poured into cooling water part 32a, 32b, It is possible to flow cooling water of different temperatures, and to control the cooling of the backing plate 33 more finely.

この構成において、排気口８を通して真空チャンバ１内部を高真空としたのち、ガス導入装置６により一定流量の制御されたスパッタリングガスを導入する。スパッタリングガスは、ＡｒやＸｅ等の希ガスを用いる。以下、本実施の形態１では、Ａｒガスを使用した場合について述べる。 In this configuration, after the inside of the vacuum chamber 1 is evacuated through the exhaust port 8, a controlled flow rate of sputtering gas is introduced by the gas introduction device 6. As the sputtering gas, a rare gas such as Ar or Xe is used. Hereinafter, in Embodiment 1, the case where Ar gas is used will be described.

まず、基板保持部２２のターゲット２に対向する位置に基板５を設置し、ターゲット２およびバッキングプレート３３に負のバイアス電圧を印加することにより、ターゲット２の表面にプラズマを発生させる。 First, the substrate 5 is placed at a position facing the target 2 of the substrate holding unit 22, and a negative bias voltage is applied to the target 2 and the backing plate 33 to generate plasma on the surface of the target 2.

ここで、ターゲット２に印加されるエネルギーによる熱を逃がすため、バッキングプレート３３の裏面側では、冷却水部３２ａ，３２ｂにおいて冷却水を循環させるが、この水路（冷却水部３２ａ，３２ｂ）の厚みが薄いため、循環させる冷却水に０．２〜０．５ＭＰａ程度の高圧力をかけて流す。冷却水系にこのような高圧力を印加すると、バッキングプレート３３が耐え切れずに歪みが生じて、ターゲット２を破損する恐れがある。本実施の形態１においては、ターゲット２の外周部の冷却水系（冷却水部３２ｂ）には０．１〜０．５ＭＰａ程度の高圧力をかけて冷却能力を確保し、ターゲット２の中心付近の冷却水系（冷却水部３２ａ）には０．０１〜０．１ＭＰａ程度の低圧力の冷却水を導入する。これにより、バッキングプレート３３に歪みが生じることなく冷却を行うことができる。 Here, in order to release heat due to the energy applied to the target 2, the cooling water is circulated in the cooling water portions 32 a and 32 b on the back surface side of the backing plate 33, but the thickness of the water channels (cooling water portions 32 a and 32 b). Therefore, the cooling water to be circulated is applied with a high pressure of about 0.2 to 0.5 MPa. If such a high pressure is applied to the cooling water system, the backing plate 33 may not be able to withstand, causing distortion and possibly damaging the target 2. In the first embodiment, a cooling capacity is ensured by applying a high pressure of about 0.1 to 0.5 MPa to the cooling water system (cooling water portion 32 b) on the outer peripheral portion of the target 2, and near the center of the target 2. Cooling water having a low pressure of about 0.01 to 0.1 MPa is introduced into the cooling water system (cooling water portion 32a). As a result, the backing plate 33 can be cooled without distortion.

なお、ターゲット２の中心付近は、流入するイオン量も少なくその外周部と比較して相対的に熱負荷は小さい。このため、低圧力での冷却水の循環による流量低下は、一般的には問題にはならない。しかし、特別に高い出力を印加する場合は、ターゲット２の中心付近に供給する冷却水温度を低くすることで、冷却能力を確保することができる。例えば、ターゲット２の外周部の冷却水温度が２０℃の時、ターゲット２の中心付近に供給する冷却水温度を１０〜１５℃などにするとよい。 In the vicinity of the center of the target 2, the amount of ions flowing in is small and the heat load is relatively small compared to the outer peripheral portion. For this reason, a decrease in flow rate due to circulation of cooling water at a low pressure is generally not a problem. However, when a particularly high output is applied, the cooling capacity can be ensured by lowering the temperature of the cooling water supplied near the center of the target 2. For example, when the cooling water temperature of the outer periphery of the target 2 is 20 ° C., the cooling water temperature supplied to the vicinity of the center of the target 2 may be 10 to 15 ° C.

また、ターゲット２の中心付近に供給する水にエチレングリコールなどを混ぜ不凍液としたものを用いて０℃以下に設定することも可能である。この場合、２つの冷却水系（冷却水部３２ａ，３２ｂ）は、シール部１３によって隔離されているため、それぞれの冷却水が互いに混入することなくスパッタリングすることが可能である。なお、冷却水温度の関係はこの例に限るものではなく、中心付近冷却水温度＜外周部冷却水温度×０．５とすることで、より良好な効果を得ることができる。 It is also possible to set the temperature to 0 ° C. or lower using water supplied to the vicinity of the center of the target 2 and mixed with ethylene glycol or the like as an antifreeze. In this case, since the two cooling water systems (cooling water portions 32a and 32b) are separated by the seal portion 13, each cooling water can be sputtered without being mixed with each other. The relationship of the cooling water temperature is not limited to this example, and a better effect can be obtained by setting the cooling water temperature near the center <the outer periphery cooling water temperature × 0.5.

また、バッキングプレート３３の中心付近に設ける厚みの薄い領域は矩形でなくとも良く、例えば、図３（ａ）〜（ｃ）に示すような楕円形状や、図４（ａ）〜（ｃ）に示すようなレーストラック形状でも良い。また、バッキングプレート３３の中央付近の厚みを薄くする方が磁石（磁石ユニット１１４）をターゲット２の表面に近づけることができるため好ましいが、この厚みを極端に小さくするとバッキングプレート３３の強度が低下して破損する恐れがある。このため、バッキングプレート３３の材料として銅系の金属を用いる場合、剛性を考慮して、厚みは２ｍｍ以上、より好ましくは４ｍｍに設定することが好ましい。 Further, the thin region provided near the center of the backing plate 33 may not be rectangular. For example, an elliptical shape as shown in FIGS. 3 (a) to 3 (c) or FIGS. 4 (a) to 4 (c). The racetrack shape shown may be used. Further, it is preferable to reduce the thickness near the center of the backing plate 33 because the magnet (magnet unit 114) can be brought closer to the surface of the target 2. However, if this thickness is extremely reduced, the strength of the backing plate 33 is reduced. There is a risk of damage. For this reason, when a copper metal is used as the material of the backing plate 33, the thickness is preferably set to 2 mm or more, more preferably 4 mm in consideration of rigidity.

このように、本実施の形態１によれば、部分的に薄いバッキングプレート３３を使用してもターゲット２が破損することを防止し、軽元素においても広範囲に広がったプラズマを形成できることから、ターゲット材料利用効率を向上させることが可能である。 As described above, according to the first embodiment, the target 2 can be prevented from being damaged even when the partially thin backing plate 33 is used, and a plasma spreading over a wide range can be formed even in a light element. It is possible to improve material utilization efficiency.

（実施の形態２）
本実施の形態２として丸型ターゲットを用いた場合について、図５を参照しながら説明する。図５は丸型ターゲットの場合の本発明の実施の形態２におけるバッキングプレート形状の概略図である。本実施の形態２は、実施の形態１のスパッタリング装置と、その装置構成はほぼ同じであるため、ターゲット２，バッキングプレート３３の違いについてのみ説明する。 (Embodiment 2)
A case where a round target is used as the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic diagram of a backing plate shape in Embodiment 2 of the present invention in the case of a round target. Since the apparatus configuration of the second embodiment is substantially the same as that of the sputtering apparatus of the first embodiment, only the difference between the target 2 and the backing plate 33 will be described.

図５（ａ）〜（ｃ）において、磁石ユニット１１４をターゲット２の表面に近づけるために、バッキングプレート３３はその中央の厚みを薄くしてある。バッキングプレート３３の直径は２４０ｍｍであり、その周辺部の厚みは１０ｍｍである。バッキングプレート３３の中央部の直径８０ｍｍの領域は、厚みを４ｍｍと薄くしてある。さらにバッキングプレート３３のシール位置１４にはシール部１３が押し付けられ、冷却水系を内外の２系統に分離することが可能となる。 5A to 5C, the backing plate 33 is thinned at the center in order to bring the magnet unit 114 close to the surface of the target 2. The diameter of the backing plate 33 is 240 mm, and the thickness of its peripheral part is 10 mm. A region having a diameter of 80 mm at the center of the backing plate 33 is as thin as 4 mm. Further, the seal portion 13 is pressed against the seal position 14 of the backing plate 33, so that the cooling water system can be separated into two systems, the inside and outside.

バッキングプレート３３の中心付近に設ける厚みの薄い領域はどのような形状でも良いが、対称性の観点から円形にすることが好ましい。 The thin region provided in the vicinity of the center of the backing plate 33 may have any shape, but is preferably circular from the viewpoint of symmetry.

実施の形態１と同様にシール部を境に、圧力や温度の異なる冷却水を導入することで効果的にターゲット２を冷却することが可能である。 As in the first embodiment, the target 2 can be effectively cooled by introducing cooling water having different pressures and temperatures from the seal portion.

以上のように、本実施の形態２によれば、部分的に薄いバッキングプレート３３を使用してもターゲット２が破損することを防止し、軽元素においても広範囲に広がったプラズマを形成できることから、ターゲット材料利用効率を向上させることが可能である。 As described above, according to the second embodiment, it is possible to prevent the target 2 from being damaged even if a partially thin backing plate 33 is used, and to form a plasma that spreads over a wide range even in light elements. It is possible to improve target material utilization efficiency.

本発明のスパッタリング装置は、ターゲット材料利用効率を向上させることを可能とし、安価に薄膜を製造することが可能である。また、プラズマをターゲット表面の広範囲に発生させることで、ターゲット表面への膜再付着を防止するとともに異常放電を抑制する効果によってダストを低減した品質の良い薄膜を提供できるため、スパッタリング装置として有用である。 The sputtering apparatus of the present invention can improve the target material utilization efficiency and can produce a thin film at low cost. In addition, by generating plasma over a wide area of the target surface, it is possible to provide a thin film of good quality with reduced dust due to the effect of suppressing abnormal discharge while preventing film reattachment to the target surface. is there.

１真空チャンバ
２ターゲット
３，３３バッキングプレート
４高電圧印加電源
５基板
６ガス導入装置
７排気装置
８排気口
９バルブ
１０アースシールド
１１，３４磁気回路
１２，３２ａ，３２ｂ冷却水部
１３シール部
１４シール位置
２２基板保持部
１１１，１１２，１１３，１１４磁石ユニット
１１５ヨーク DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum chamber 2 Target 3,33 Backing plate 4 High voltage application power supply 5 Board | substrate 6 Gas introduction apparatus 7 Exhaust apparatus 8 Exhaust port 9 Valve 10 Earth shield 11, 34 Magnetic circuit 12, 32a, 32b Cooling water part 13 Seal part 14 Seal Position 22 Substrate holder 111, 112, 113, 114 Magnet unit 115 Yoke

Claims

In a sputtering apparatus comprising a target installation unit and a substrate holding unit in a vacuum chamber, and a magnetic circuit installed in the target installation unit,
The sputtering apparatus, wherein a thickness of a backing plate installed between the target installation unit and the magnetic circuit is thinner in a central part than in a peripheral part.

In a sputtering apparatus comprising a target installation unit and a substrate holding unit in a vacuum chamber, and a magnetic circuit installed in the target installation unit,
The thickness of the backing plate installed between the target installation part and the magnetic circuit is thinner in the central part than in the peripheral part, and the center of the backing plate is provided by a seal member disposed in contact with a part of the backing plate. A sputtering apparatus characterized in that a first cooling water system in contact with a part and a second cooling water system in contact with a peripheral part are isolated.

The sputtering apparatus according to claim 1, wherein the first cooling water system and the second cooling water system each independently have an inflow port and an outflow port.

The liquid supplied to the first cooling water system and the liquid supplied to the second cooling water system are liquids having different compositions, temperatures, or pressures, respectively. Sputtering equipment.

5. The sputtering apparatus according to claim 2, wherein the pressure of the liquid supplied to the back surface of the backing plate is lower in the central portion than in the peripheral portion.

6. The sputtering apparatus according to claim 2, wherein the temperature of the liquid supplied to the back surface of the backing plate is lower in the central portion than in the peripheral portion.